amini - elektron.tmf.bg.ac.rselektron.tmf.bg.ac.rs/organskahemija/p2-amini.pdf · zna čaj amina...

9/6/2018

1

AMINI

Značaj amina

Sinteza boja i pigmenata posebno azo boja i pigmenata

Sinteza lekovaefedrin, amfetamin

Uklanjanje ugljen(IV)-oksida i vodonik-sulfida iz prirodnog gasa (stvaranje soli)

Alkaloidi

9/6/2018

2

Podela

Amini su derivati amonijaka, kod kojih su jedan, dva ili sva tri H–atoma zamenjena alkil-i/ili aril-grupama.

Prema broju zamenjenih H–atoma razlikujemo: primarne (1°), sekundarne (2°) i tercijarne (3°) amine.

NHR

H

NHR

R'

NR"R

R'

amonijak

..

..

1o 2o 3o

.. ..(Ar) (Ar)(Ar) (Ar)

(Ar)(Ar)

NH3

Amini: Alifatični (N je vezan za sp3-

hibridizovan C–atom),

Aromatični (N je vezan za sp2-hibridizovan C–atom).

Nomenklatura amina

Imenovanje po Chemical Abstract–u (CA)

Uobičajena (trivijalna) imena

9/6/2018

3

Chemical Abstracts (CA)

Publikacija na engleskom jeziku - sadrži hemijske izvodesvih naučnih radova i knjiga publikovanih u određenomvremenskom periodu.

Izdavač: Američko hemijsko društvo. Izlazi počev od 1907. godine

SciFinder Scholar

On-line pretraživanje CAS baze podataka, koristeći različite kriterijume (npr. ime autora, oblast istraživanja, hemijska struktura) kao i za sortiranje i analizu rezultata pretraživanja.

Isključivo za akademske institucije.

9/6/2018

4

Imenovanje po CA

1°alifatični amini imenuju se kao ALKANAMINI tako što se nazivu osnovnog ugljovodonika iz koga su izvedeni dodaje sufiks "amin".

Mesto funkcionalne grupe označeno je prefiksom (brojem) kojim je obeležen C–atom za koji je ona vezana (kao kod alkohola).

NH2

CH3

CH3CHCH CHCH3

NH2

CH3

metanamin

CH3CHCH2NH2

2-metil-1-propanamin 3-penten-2-amin

1o

Imenovanje po CA

Alifatični 1o amini sa fenil-grupom kao supstituentom:

Jedinjenja sa dve amino-grupe su DIAMINI:

NH2

NH2

1

24

3

1,4-butandiamin

NH21

2

2-feniletanamin

9/6/2018

5

Imenovanje po CA

2° i 3° alifatični amini posmatraju se kao N-sup-stituisani i N,N-disupstituisani derivati 1° amina (N-alkilalkanamini i N,N-dialkilalkanamini).

NCH2CH3

H

NCH2CH2CH3

CH3

CH3CH2CH N

CH3

CH2CH3

CH3

NCH2CH2CHCH3

H CH3

CH3

N-metiletanamin

CH3

N,N-dimetil--1-propanamin

N-etil-N-metil--2-butanamin

CH3

N,3-dimetil-1-butanamin

1

234

1 2 3 4

1 2 3

2o

3o

Imenovanje po CA

AROMATIČNI amini – ANILININazivaju se BENZENAMINIMA

NH2 NH2

Cl

N

H NCH2CH2CH3

benzenamin(triv. anilin)

3-hlor-benzenamin

1o 2o 3o1o

N-fenil-benzenamin

N-etil-N-metil-benzenamin

9/6/2018

6


Amini dobijaju nazive tako što se imenu ili imenima ugljovodoničnih grupa, alkil- ili aril-, doda sufiks "amin".

Ako su grupe iste, koriste se prefiksi di- ili tri- ispred imena alkil-grupa, a ako su grupe različite, navode se po abecednom redu.

NH2

CH3

NH

NH2

CH3

CH3

metilamin1,1-dimetil-propilamin

CH3CH2CH2NH

metilpropilamin

benzilcikloheksilamin

(CA: metanamin)

(CA: 2-metil-2-butanamin)

(CA: N-metil-1-propanamin)

(CA: N-benzilcikloheksanamin)

CH3CCH2CH3


N

CH3

CH3

N

H

N

H

cikloheksildimetilamin

piperidin pirolidin

(IUPAC: azacikloheksan)

(IUPAC: azaciklopentan)

(CA: N,N-dimetilcikloheksanamin)

Heterociklični

sistemi

9/6/2018

7


Aromatični amini imenuju se kao anilin, o-, m-, p-supstituisani anilin:

NHCH3

NCH2CH2CH3 NH2

CH3

NH2

O

N-etil-N-metil-anilin

N-metilanilin p-metilanilin(p-toluidin)

CH3

m-metoksianilin(m-anizidin)

Imenovanje soli amina

Soli amina (amonijum-soli) dobijaju imena tako što se nastavak "amin" zameni sa "amonijum", a zatim se doda naziv anjona.

Kvaternerna amonijumova jedinjenja (soli i baze) sadrže R4N+

katjon (grupe R mogu biti iste ili različite) i dobijaju imena tako što se imena svih grupa stave ispred reči "amonijum", a zatim se doda naziv anjona.

NH3 Cl

CH2 N

CH2CH3

CH2CH3

CH2CH3

CH3NH3 Cl+ -

+ -

+ -+ 2

metilamonijum-hlorid

(CH3CH2NH3)2 SO4

-

etilamonijum-sulfatanilinijum-hlorid

benziltrietilamonijum-bromid (medjufazni katalizator)

Br

9/6/2018

8

Međufazna kataliza

reakcija u dvofaznom sistemu, između soli (u čvrstom stanju ili u obliku vodenog rastvora), kiselina ili baza i supstrata, koji se nalazi u organskom rastvaraču, i koja se odvija u prisustvu takozvanih međufaznih katalizatora.

ORGANSKA FAZA Q X + RY RX + Q Y+ +

_ _

GRANICA FAZA

VODENA FAZA Q X + Y X + Q Y

Na Na

+ +

+ +

_ _ __

Ekstrakcioni mehanizam MFK: Q+ = R4N+

tetrabutilamonijum-bromid (TBAB) je jedan od najšire korišćenih katalizatora

Cl CN+ NaCNR4N (1 mas. %)+

H2Oprinos skoro 100 %; bez kat. 0%

Struktura amina

CH3H

H

HH

H

N

. .

112,9 o105,9 o

0,147 nm

metilamin

sp3 - hibridna orbitala

(PIRAMIDALNA geometrija)

N

. .

107,3 o

amonijak

0,101 nm

0,101 nm

interkonverzija

N

R'''

R'R''

N

R'''

R'R''

: :

9/6/2018

9

Struktura amina Veza C–N u aminima je:

kraća od C–C veze (0,153 nm) (N je elektronegativniji od C)

duža od C–O veze alkohola (0,143 nm) (N je manje elektronegativan od O).

Uglovi veza u amonijaku (107,3 °) su nešto manji od vrednosti za uglove pravilnog tetraedra (109,5 °) –povećano odbijanje neveznih sa veznim elektronima.

Ugao veza HNC u metilaminu (112,9 °) je nešto veći od vrednosti za uglove u amonijaku – STERNE SMETNJE zbog prisustva metil-grupe.

Fizička svojstva amina

Temperatura ključanja (tk) Rastvorljivost u vodi

9/6/2018

10

Temperatura ključanja

Poput amonijaka i amini su POLARNAjedinjenja pa uz izuzetak 3° amina mogu stvarati intermolekulske vodonične veze.

NR

H

H N

H

H

R

NR

R'

H N

R

H

R'

. . . . . . . . . . . . . . .

..

..

..

... . . . .

..

..

..

.. 1o 2o


tk amina iste molarne mase opada u nizu 1° > 2° > 3°.

CH3CH2CH2 NH2

N

H

CH2CH3CH3 N

CH3

CH3CH3Jedinjenje

tk (°C) 50 34 3

9/6/2018

11


tk amina su: više od tk ALKANA slične molarne mase (alkani su

nepolarna jedinjenja) znatno niže od tk ALKOHOLA slične molarne mase

(amini grade slabije intermolekulske vodonične veze)

Jedinjenje CH3CH2CH3 CH3CH2NH2 CH3CH2OH

tk (°C) –42 17 78

Rastvorljivost u vodi Niži 1°, 2° i 3° amini su rastvorni u vodi – mogu da grade

intermolekulske vodonične veze sa molekulima vode (rastvarača).

Viši amini su praktično nerastvorni u vodi Aminima sa preko 6 C-atoma rastvorljivost naglo opada

NR

H

H O

H

H NR

R'

H O

H

H

NR

R'

R"

H O

H

. . . . . . . . . . . . . . .

..

..

..

... . . . .

..

..

..

..

..

..

. . . . . . . . . .

1o 2o

3o....

9/6/2018

12

Industrijsko dobijanje

Dobijanje anilina

NO2 NH

3 Cl NH

2

Fe, 30 % HCl, ∆ + _ Na2CO3

NH2

ClNH3, Cu2O, 200 oC, 62 bar

Industrijsko dobijanje

NH3 CH

3NH

2(CH

3)2NH (CH

3)3N

CH3OH

Al2O3, 450 oC

CH3OH

Al2O3, 450 oC

CH3OH

Al2O3, 450 oC

NH3

R COOH R CONH2 R C N R CH

2NH

2∆

∆ H2, kat.

9/6/2018

13

Dobijanje

Redukcija nitro-jedinjenja (alifatičnih i aromatičnih)

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina (amonoliza halogenalkana)

Reduktivna aminacija aldehida i ketona Redukcija nitrila Reakcija Hofmann–ove degradacije amida

karboksilnih kiselina Redukcija amida karboksilnih kiselina

Redukcija nitro-jedinjenja

NO2

NO2

NH2

NO2

NH4SH

NO2 NH

2

NO2

NH2

R[H]

R

Ar[H]

Ar

selektivna redukcijaamonijum-hidrogensulfid

Videti nitro-jedinjenja!

9/6/2018

14

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Amonijak je nukleofilan i reaguje sa

halogenalkanima dajući alkilamonijum-so –reakcija nukleofilne supstitucije!

R X NH2 X

H

δ -δ +

H3N..

+ R+ -

(so 1o amina)

1o ili 2oalkilamonijum-so

nukleofil elektrofil

kod 3o

mogućnost eliminacije!

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Čim se nagradi alkilamonijum-so, ona

reverzibilno izmenjuje proton sa polaznim amonijakom (baza) – amin je u ravnoteži sa svojom soli.

NH2 X

H

..R

+ - -NH3+ RNH2 + NH4 X+

1o amin amonijum-so

alkil-amonijum-so

:

baza

9/6/2018

15

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Nedostatak ove sinteze je u tome što se nastali amin obično

alkiluje dalje!

R X NH X

H

+ -RNH2

..+ R2

+ -

(so 2o amina)

NH3:R2NH + NH4 X

..

2o amin

dialkilamonijum-so

amonijum-sonukleofil

..R2NH

.. RX

kvaternerna amonijum-so(tetraalkilamonijum-halogenid)

+ -R4N XR3N

H

RX

Krajnji rezultat je smesa raznih amina (1°, 2°, 3°) i amonijum-soli (mono-, di- i trialkil-, kvaternerna).

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Ako je amonijak u velikom višku moguće je

dobiti pretežno 1° amin – molekul halogenalkana će lakše napasti jedan od brojnih molekula amonijaka, nego jedan od malobrojnih molekula amina!

CH2Cl CH2 NH2(višak)NH3+ :

benzil-hlorid benzilamin(CA: fenilmetanamin)

9/6/2018

16

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Kada je alkil-halogenid u višku (iscrpno

alkilovanje) pretežno se dobija kvaternerna amonijum-so.

CH2Cl CH2

(višak)NH3+ :

benzil-hlorid 4

N Cl

tetrabenzilamonijum--hlorid

+ -

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Vodeni rastvor kvaternernog amonijum-

hidroksida je izrazito bazan zato što sadrži OH–

(hidroksilne) jone.

N RR

R

R

N RR

R

R

X

kvaternerna amonijum-so(tetraalkilamonijum--halogenid)

+ - Ag2O/H2O

(AgOH)OH

kvaternerni amonijum-hidroksid(tetraalkilamonijum--hidroksid)

+ - + AgX

srebro--halogenid

(nerastvoran)

Njegova baznost se može porediti sa baznosti NaOH i KOH.

9/6/2018

17

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Važno:

X....

:

(aril-halogenid)

NH3

..NEMA REAKCIJE!!!

halogenbenzen

Inertnost aril-halogenida je posledica jake veze X–C(sp2) usled rezonancione stabilizacije!

Reakcija direktnog alkilovanja amonijaka i amina Zbog, slabe reaktivnosti, aril-halogenidi sa

amonijakom mogu reagovati samo ako aromatični prsten sadrži –NO2 (nitro) grupe ili druge grupe koje snažno privlače elektrone, a nalaze se u o- ili p-položaju prema halogenu!!!

Cl

NO2

NO2

NH2

NO2

NO2

NH3

..

∆

NAS - adiciono-eliminacioni mehanizam (ipso-supstitucija)

1-hlor-2,4--dinitrobenzen

(CA: 2,4-dinitro- benzenamin)

2,4-dinitroanilin

9/6/2018

18

Reduktivna aminacija aldehida i ketona

Umesto amonijaka (NH3) u sintezi se mogu koristiti 1° ili 2° amini, kada će kao krajnji proizvodi nastati 2° ili 3° amini.

H2 brže reaguje sa iminom (npr. RCH=NH) koji nastaje nego sa karbonilnom grupom

C O

R

H

C O

R

R'

R C

H

H

NH2

R' C

R

H

NH2

aldehid

keton

ili

1) NH3

2) H2/Ni

1o amin

1) NH3

2) H2/Ni

1o amin

Reduktivna aminacija aldehida i ketona

C O

R'

R

R C

R'

NH2

H

R C

R'

NHR''

H

R C

R'

NR''R'''

H

NH3

[H]

[H]

[H]

R''NH2

R''R'''NH

1o

2o

3o

Osim katalitičke (H2, Ni) moguća je i hemijska redukcija (NaBH3CN, natrijum-cijanoborhidrid; NaBH4, natrijum-borhidrid)

9/6/2018

19

Redukcija nitrila

R C N CH2 NH2

[H]R

1o amin

[H]: LiAlH4 ili H2/Pt, Pd ili Ni

CH2Cl CH2 C N CH2CH2NH2

NaCN H2/Ni

2-feniletanamin

Praktična primena u sintezi:

Redukcija nitrila

Važno: produžava se niz C–atoma u odnosu na polazni RX!!!

BrBr

CC N

N

NH2

NH2

1,4-dibrombutan

NaCN

1) LiAlH4

2) H2O, H+

1,6-heksandiamin

9/6/2018

20

Reakcija Hofmann–ove degradacije amida karboksilnih kiselina

Važno: amin sadrži 1 C–atom manje od polaznog amida!!!

O

R NH2

O

Ar NH2

RCNH2

1o amin

Br2, NaOH, H2O

(NaOBr)+ CO2

ArCNH21o amin

Br2, NaOH, H2O

(NaOBr)+ CO2

1o amid

1o amidnatrijum-hipobromit

Redukcija amida karboksilnih kiselina Na ovaj način se mogu dobiti 1°, 2° ili 3° amini, u

zavisnosti od strukture polaznog amida.

O

R CH2 NH2

N

R'

R'O

N

H

R'O

RCNH2

1) LiAlH4

2) H2O

RC

1o amin

RC RCH2NHR'

RCH2NR'23o amin

2o amin

1) LiAlH4

2) H2O

1) LiAlH4

2) H2O

1o amid2o amid

3o amid

, H+ , H+

, H+

9/6/2018

21

Reakcije amina

Baznost i kiselost amina Alkilovanje Prevođenje u amide EAS Hofmann–ova eliminacija Reakcije amina sa azotastom kiselinom

Baznost

Amini su umereno jake do slabe baze

Sa kiselinama grade soli koje su rastvorne u vodi!

H O C

O

CH3

O

CH3NH2

.. + -+ CH3NH3 OCCH3metilamin metilamonijum-

-acetat

9/6/2018

22

Baznost

H ClCH3NH2

.. + -+ CH3NH3 Cl

metilamin metil-amonijum-hlorid

H O NO2(CH3CH2)2NH.. + -+ (CH3CH2)2NH2 ONO2

dietilamin dietilamonijum--nitrat

H O SO2 OH(CH3)3N.. + -

+ (CH3)3NH OSO3H

trimetil-amin

trimetilamonijum--hidrogensulfat

Baznost

Važno svojstvo amonijum-soli je da su rastvorne u vodi.

RNH2

.. +RNH3alkil-amonijum-jon

H

OH

+

-1o

2o

3o

R2NH.. +

R2NH2dialkil-amonijum-jon

H

OH

+

-

R3N.. +

R3NHtrialkil-amonijum-jon

H

OH

+

-

OH - vodeni rastvor baze (amin je u slobodnom obliku)-H - vodeni rastvor kiseline (amin je u obliku amonijum-soli)+

9/6/2018

23

Baznost

Izolovanje amina iz reakcione smeše, nakon organske sinteze, najčešće se zasniva na činjenici da su amonijum-soli rastvorne u vodi.

RNH2

(rastvoren u organskom sloju)

ekstrakcija

RNH2

(amin u slobodnom stanju)

RNH3 Cl , vodeni sloj(alkilamonijum-so)

+ -

organski sloj

vod. rastvor NaOH

razblaženivod. rastvorHCl

Baznost

Jačina amina kao baze se određuje u vodi. Baznost amina izražena je sledećom jednačinom

(jonizacija amina u vodenom rastvoru) i odgovarajućom konstantom ravnoteže Ke.

H O H

H

RNH2

.. + -+aminbaza

vodakiselina konjugovana

kiselina aminakonjugovanabaza vode

hidroksilni-jonalkilamonijum-jonRNH2 + OH

Relativna baznost OH- > RNH2

Baznost vodenog rastvora amina potiče od samog amina,

a ne od hidroksilnog-jona!

9/6/2018

24

Baznost

U stanju ravnoteže, izraz za konstantu ravnoteže, Ke je:

[ ]

[ ][ ]OHRNH

OHHNR

Ke

22

3

−+

=

Baznost

Kako se radi o razblaženom vodenom rastvoru (amin slabo jonizuje), to se može uzeti da je [H2O] = const, pa je izraz za konstantu baznosti, Kb:

[ ][ ]

[ ]2

3

2RNH

OHNHR

KOHK eb

−+

=⋅=

Merilo za jačinu baznosti:

•Kb (što je vrednost Kb veća, baznost je veća),

•pKb = –logKb (što je vrednost pKb manja, baznost je veća).

9/6/2018

25

Baznost

Korisno je posmatrati baznost amina kao odraz kiselosti njegove konjugovane kiseline (amonijum-jona): H

RNH2

.. ++

aminbazavoda

kiselina konjugovanabazaalkilamonijum- jona

konjugovanakiselina vode

hidronijum-jonalkilamonijum-jonRNH2 + H2O

.. Ke+ H3O

[ ][ ][ ]OHHNR

OHRNHKe

23

32

=

+

+

Baznost

Kako se radi o razblaženom vodenom rastvoru (alkilamonijum-jon slabo jonizuje), to se može uzeti da je [H2O] = const, pa je izraz za konstantu kiselosti,Ka:

[ ] [ ][ ]

=⋅=

+

+

3

322

HNR

OHRNHKOHK ea

9/6/2018

26

Baznost

U vodenom rastvoru pKa i pKb vrednosti se upoređuju sa konstantom disocijacije vode:

ba

b

a pKpKK

K −==−

1410 14

Kb – konstanta baznosti aminaKa – konstanta kiselosti amonijum-jona,

konjugovane kiseline amina.

Struktura i baznost amina

Amini su bazniji od alkohola, etara, estara – iz istih razloga zbog kojih je amonijak bazniji od vode (azot je manje elektronegativan od kiseonika, pa može lakše prihvatiti "+" šaržu jona)

Jedinjenje pKb

Baznost alifatičnih amina veća je od baznosti amonijaka, a neuporedivo veća od baznosti aromatičnih amina koji su veoma slabo bazni!

NH3 4,76

CH3NH2 3,38

(CH3)2NH 3,27

(CH3)3N 4,21

C6H5NH2 9,37

9/6/2018

27

Struktura i baznost amina

Baznost amina zavisi od dva faktora: od težnje nejonizovanog amina da veže proton

(ukoliko je ova težnja veća amin je bazniji), od sposobnosti amonijum-jona da zadrži primljeni

proton (ukoliko je ova sposobnost veća amin je bazniji).

Amin će biti utoliko bazniji ukoliko je njegova stabilnost u nejonizovanom stanju manja i ukoliko je stabilnost nastalog amonijum-jona veća!

Baznost alifatičnih amina

H O HNH3

.. + -+ NH4 + OHpKb = 4,76

H O H.. + -+ NH3 + OH

pKb = 3,38

CH3NH2CH3

Veća baznost CH3NH2 od NH3 se tumači induktivnim efektom otpuštanja elektrona (+I) metil-grupe!

9/6/2018

28

Baznost alifatičnih amina Metil-grupa svojim +I efektom:

povećava el. gustinu na azotu u molekulu CH3NH2, pa ga destabilizuje u odnosu na molekul NH3

težnja CH3NH2 da veže proton je veća od težnje NH3,

smanjuje "+" šaržu na azotu [CH3NH3]+ jona i time ga stabilizuje u odnosu na [NH4]+ jon, odnosno, "+" šarža [CH3NH3]+ jona je bolje raspršena sposobnost metilamonijum-jona da zadrži proton

je veća od sposobnosti amonijum-jona.


(CH3)2NH (pKb = 3,27) je bazniji od CH3NH2 (pKb = 3,38) jer je prisustvom još jedne metil-grupe: znatno povećana el. gustina na azotu u molekulu (CH3)2NH, pa

je on destabilizovan u odnosu na molekul CH3NH2 težnja (CH3)2NH da veže proton je veća od težnje CH3NH2,

povećana stabilizacija [(CH3)2NH2]+ jona u odnosu na [CH3NH3]+jon, odnosno, "+" šarža [(CH3)2NH2]+ jona je još bolje raspršena

sposobnost dimetilamonijum-jona da zadrži proton je veća od sposobnosti metilamonijum-jona.

H

H

H

H O H+

NCH3 CH3

..NCH3 CH3

pKb = 3,27

+ -+ OH

9/6/2018

29


Zašto je trimetilamin, (CH3)3N (3°), manje bazan od (CH3)2NH (2°) i CH3NH2 (1°)?

Zato što baznost 1°, 2° i 3° alifatičnih amina u vodenom rastvoru ne zavisi samo od elektronskih efekata alkil-grupa već i od solvatacije katjona molekulima vode.


Intenzitet elektronskih efekata alkil-grupa slabi u nizu (smanjuje se broj alkil-grupa):

3o > 2o > 1o > NH3

R3N > R2NH > RNH2 > NH3

+ +++R3NH > R2NH2 > RNH3 > NH4

9/6/2018

30


Intenzitet solvatacije katjona molekulima vode slabi u nizu (slabije intermolekulsko vodonično vezivanje):

NH4 > RNH3 > R2NH2 > R3NH+ +++


Solvatacija amonijum- i trialkilamonijum-jona molekulima vode:

NR

R'

H

R"

O

H

HNH

H

H

H

O

H H

O

HH

O

H

H

O

H

H

. . . . .+. . . . .+. . . . .

3o....

..

..

JAČA SOLVATACIJA STABILNIJI KATJON!!!

9/6/2018

31


3° amini su u vodenim rastvorima manje bazni u odnosu na 1° i 2° zbog slabije solvatacije katjona:prisustvo alkil-grupe na atomu azota jako

smanjuje solvataciju [R3NH]+ katjona molekulima vode (solvatacija je sterno ometena),

prisustvom samo 1 H–atoma na atomu azotau [R3NH]+ katjonu znatno je opala sposobnost povoljnog vodoničnog vezivanja sa molekulima vode.

Baznost alifatičnih amina U slučaju 2° amina su:

elektronski efekat alkil-grupa i efekat solvatacije katjona molekulima vode

najbolje izbalansirani.

Baznost alifatičnih amina raste u nizu:

NH3 < RNH2 < R2NH < R3N

NH3 < 1o < 2o < 3o

u skladu sa elektronskim efektimaalkil-grupa

NH3 < R3N < RNH2 < R2NH

NH3 < 3o < 1o < 2o

nije u skladu sa elektronskim efektima alkil-grupa

u vodenim rastvorima u nevodenim rastvorima

9/6/2018

32

Baznost aromatičnih amina

Jako smanjenje baznosti anilina (C6H5NH2) u odnosu na amonijak (NH3) se tumači velikom razlikom u stabilnosti (energetski sadržaj) anilina i anilinijum-jona!!!

Kod anilina je slobodan el. par na azotu delimično delokalizovan usled interakcije sa π–delokalizovanim elektronskim sistemom aromatičnog prstena.

Baznost aromatičnih aminaNH2 NH2 NH2

NH2 NH2

NH3 NH3

+

-

-..

::

..

+

-..

+

(I) (II) (III) (IV) (V)

+ H

+

+

+

anilinijum-jon

- H+

anilin

rezonancioni hibrid 2 rezonancione strukture

rezonancioni hibrid 5 rezonancionih struktura

(I) (II)

9/6/2018

33


E:NH3 + H

+

NH4

+

+H


Slaba baznost anilina proizilazi iz činjenice da je slobodan amin zbog rezonancije jače stabilizovan nego njegov jon!!!

Baznost opada u nizu:

NH2 NH

N> >.. .. ..

anilin(fenilamin)

difenilamin

trifenilamin

9/6/2018

34

Baznost supstituisanih anilina

Grupe (G) koje otpuštaju elektrone

povećavaju baznost anilina: nastoje da rasprše "+" šaržu na azotu u anilinijum-jonu, te tako

stabilizuju jon u odnosu na amin, otpuštaju elektrone ka azotu u aminu, tako da slobodan el. par

postaje raspoloživiji da veže proton – destabilizuju amin.

NH2 NH3

.. +

G G

+ H+

- H +

G= -NH2

-OCH3

-CH3

Baznost supstituisanih anilina Baznost raste u nizu:

Supstituenti deluju svojim induktivnim (I) i rezonancionim (R) efektom – najsnažniji efekat otpuštanja elektrona supstituent manifestuje iz p-položaja (jak R efekat i slab I efekat).

NH2 NH2

CH3

NH2

CH3

NH2

O

< <

pKb 9,37 9,3 8,92 8,70

anilin p-toluidinm-toluidin p-anizidin

<

CH3

9/6/2018

35

p-Toluidin je jače bazan od anilina!

NH2

CH3

NH2

CH3

NH2 NH2

CH3

NH2

CH3

NH3 NH3

veoma nepovoljno!

+

-

-..

:

..

+

-..

+

rezonanciona stabilizacija p-toluidina

:

+ H +- H+

CH3

p-toluidinijum-jon

+ +

CH3CH3

“-" šarža se nalazi na C-atomu za koji je vezana CH3 grupa (+I)!

CH3 grupa svojim +I efektom stabilizuje jon (delokalizuje “+" šaržu)!

p-Toluidin je jače bazan od anilina!

p-toluidin je jače bazan od anilina jer je: molekul p-toluidina slabije rezonanciono

stabilizovan (svojim +I efektom CH3 grupa, u p-položaju prema NH2 grupi, jako destabilizuje molekul),

p-toluidinijum-jon stabilniji.

9/6/2018

36

Baznost supstituisanih anilina Grupe (G) koje privlače elektrone

smanjuju baznost anilina: pojačavaju "+" šaržu na azotu u anilinijum-jonu, i tako

destabilizuju jon u odnosu na amin, odvlače elektrone od azota u aminu, tako da slobodan el. par

postaje manje raspoloživ da veže proton – stabilizuju amin.

NH2 NH3

+ H

.. +

G G

+

- H+

G= -NH3+

-NO2

-SO3-

-COOH-X

Baznost supstituisanih anilina

Baznost opada u nizu:NH2 NH2

NO2

NH2

NO2

> >

pKb 9,37 11,54 13

anilin p-nitroanilinm-nitroanilin

9/6/2018

37

Zašto je m-nitroanilin jače bazan od p-nitroanilina?

p-nitroanilin: –NO2 (nitro) grupa u p-položaju stupa u rezonancionu interakciju sa π–elektronskim sistemom prstena – slobodan el. par na azotu –NH2 (amino) grupe biva delokalizovan ne samo na aromatičnom prstenu već i na supstituentu (proširena konjugacija)!!!

NH2

NOO

NOO

NH2

NOO

NH2

NOO

NH2

NOO

NH2

NH2

NOO

+

-

-..

:

..

+

-..

+

rezonanciona stabilizacija p-nitroanilina

:+

-:..

....

+

:+

-:..

.... :

+-:..

.... :

+ -:..

.... :

+-

:....

....-

:

:+

-:..

....

veoma zastupljena


"+" šarža se nalazi na C-atomu za koji je vezana -NH3 grupa!+

NH3

NOO

NOO

NH3

NOO

NH3

NOO

NH3

veoma nepovoljno!

+

:+

-:..

.... :

+-:..

....

+

+

..

+

:+

-:..

....

+

..

+

:+

-:..

....

+

..- - -

p-nitroanilinijum jon

9/6/2018

38

Zašto je m-nitroanilin jače bazan od p-nitroanilina? m-nitroanilin: pomenuta vrsta rezonancione interakcije

nije moguća kada se –NO2 grupa nalazi u m-položaju!

m-nitroanilin je jače bazan od p-nitroanilina jer je: molekul slobodnog amina manje rezonanciono

stabilizovan anilinijum-jon stabilniji.

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2

NH2

NO2

+

-

-..

:

..

+

-..

+

rezonanciona stabilizacija m-nitroanilina("-" šarža se ni u jednoj rezonancionoj strukturi ne nalazi na C-atomu za koji je vezana -NO2 grupa)

:


"+" šarža se ni u jednoj strukturi ne nalazi na C-atomu za koji je

vezana -NH3 grupa!+

NH3

NO

O

NH3

NO

O

NH3

NO

O

NH3

NO

O

m-nitroanilinijum jon

+

+-:..:

. ...

+

+

-:

..

..

..

:

:-+

+

+

-:

..

..

..

:

:-+

+

+

-:

..

..

..

:

:-

+

9/6/2018

39

Kiselost amina

Amini su veoma slabe kiseline:

H

RNH.. +

amidni jon(slaba kiselina)

RNH + H2O..

pKa oko 35

+ H3Oamin

(jaka baza)

..-

Kiselost amina

Za deprotonovanje amina neophodne su izuzetno jake baze kao što su alkillitijumovi reagensi:

CH3

H

Li

CH3

Li

CH3CHNCHCH3

..

(jaka bazaizvor karbanjona)

..-

(diizopropilamin)

N-(1-metiletil)--2-propanamin

CH3CH2CH2CH2

δ - δ +

butillitijum

+- CH3CH2CH2CH2H

CH3CHNCHCH3

..H3CH3C

+

litijum--diizopropilamid

(LDA)

▪ Amini su manje kiseli od alkohola (N je manje elektronegativan od O).

Nastali LDA je specijalna voluminozna baza koja se koristi u nekim E2 reakcijama

9/6/2018

40

Prevođenje u amide

R C

O

NHR

R C

O

Cl

RNH2

R2NH

R3N R C

O

Cl

R C

O

Cl

R C

O

NR2

+

+

+

nema reakcije

C

O

NH

C

O

Cl

NH2

Primer:

+

EAS

Halogenovanje Nitrovanje Sulfonovanje

9/6/2018

41

EAS

Znamo da: –NH2, –NHR i –NR2 grupe snažno aktiviraju benzenovo jezgro za reakcije elektrofilne aromatične supstitucije (EAS) i da su o- i p-dirigujuće!

Pokazuju "+R" i "–I" efekat. Kod EAS najveći problem je u prevelikoj

reaktivnosti aromatičnih amina!!!

Halogenovanje

EAS bez prisustva katalizatora!!!

NH2

Br Br

Br

NH2

anilin

Br2, H2O

2,4,6-tribromanilin

9/6/2018

42

Halogenovanje

NH2

Cl Cl

CH3

NH2

CH3

4-amino-3,5-dihlortoluen

Cl2, H2O

p-toluidin

Halogenovanje

–NH2 grupa toliko aktivira jezgro da je uticaj dezaktivirajuće grupe skoro zanemarljiv:

NH2

COOH

NH2

Br Br

Br

COOH3-amino-benzoeva kiselina

Br2

PAŽNJA: bez prisustva katalizatora!!!

3-amino-2,4,6-tribrom-benzoeva kiselina

9/6/2018

43

Halogenovanje

Zaštitom amino grupe acetilovanjem, gubi se njen snažno aktivirajući uticaj!

Acetilovana amino grupa je umerenoaktivirajuća grupa.

NH

C

O

CH3

HalogenovanjeNH2 NHCOCH3

Br

NHCOCH3

Br

NHCOCH3

Br

NH2

Br2CH3COOH, ∆

ili(CH3CO)2O

(acetilovanje - zaštita amino grupe)

(hidroliza - uklanjanje zaštite)

+

p-brom-acetanilid

o-brom-acetanilid

(G.P)

OH , H2O

ili

H , H2O+

-

p-brom-anilin

anilin

(N-fenilacetamid)acetanilid

Selektivno halogenovanje

anilina je moguće jedino

uz zaštitu -NH2 grupe!!!

9/6/2018

44

Nitrovanje

Neophodna zaštita –NH2 grupe benzenamina!!!

Azotna kiselina, pored nitrovanja, oksidiševrlo reaktivan prsten benzenamina (nastaju smolasti proizvodi).

Osim toga, amin je u jako kiseloj sredini u obliku amonijum-jona pa EAS kontroliše –NH3

+ grupa (m-dirigujuća), a ne –NH2!!!

NitrovanjeNH2 NHCOCH3

NHCOCH3

NO2

NHCOCH3

NO2

NH2

NO2

HNO3 +

p-nitro-acetanilid

o-nitro-acetanilid

p-nitro-anilin

anilin

(N-fenilacetamid)acetanilid

H2SO4

CH3COOH, ∆

(acetilovanje - zaštita amino grupe)

(hidroliza - uklanjanje zaštite)

(G.P)

OH , H2Oili

H , H2O+

-

ili(CH3CO)2O

9/6/2018

45

Sulfonovanje Anilin se sulfonuje zagrevanjem soli, anilinijum-

hidrogensulfata na 180 °C.

NH2 NH SO3H NH2

SO3H

+

anilin anilinijum--hidrogensulfat

(- H2O)

konc. H2SO4

NH3 OSO3H-

180 oC

fenilsulfaminskakiselina

3 h

sulfanilna kiselina(p-aminobenzen-sulfonska kiselina)

180 oC

Sulfonovanje

Šta bismo očekivali na osnovu prisustva 2 funkcionalne grupe u molekulu: –NH2 (amino) i –SO3H (sulfo) grupa?

Aromatični amini: niske temperature topljenja rastvorni su u razblaženim mineralnim kiselinama

(konverzija u amonijum-soli koje su rastvorne u vodi).

Aromatične sulfonske kiseline: niske temperature topljenja rastvorljivost u vodi.

9/6/2018

46

Sulfonovanje

Sulfanilna kiselina: ima visoku temperaturu topljenja (t.t. = 280–300

°C) raspada se (ukazuje na jake međumolekulske sile)

ima visok dipolni momenat, μ (ukazuje na razdvajanje "+" i "–" šarže u molekulu)

nerastvorna je u vodi i organskim rastvaračima, rastvorna je u vodenom rastvoru NaOH, nerastvorna je u razblaženim mineralnim

kiselinama (npr. HCl).

Sulfonovanje

Dipolarni jon je proizvod reakcije bazne amino grupe i kisele sulfo grupe u istom molekulu!!!

Proton je pretežno vezan za azot: –NH2 je jača baza od –SO3

– (sulfonatna grupa).

NH3

SO3

+

-

"ZVITER JON"

(dipolarni jon)

+ -+-

+-+-

struktura kristalne rešetke

jake medjumolekulske (Coulomb-ove) sile

9/6/2018

47

Sulfonovanje

Rastvorljivost u vod. rastvoru NaOH:

NH3

SO3

NH2

SO3

+

-

NaOH

H2O

+-

sulfanilnakiselina

natrijum-p-amino-benzensulfonat

(nerastvorna u vodi)

(rastvoranu vodi)

Na

Veoma bazni OH– jon otcepljuje H+ sa slabo kisele –NH3

+ grupe – nastaje so rastvorna u vodi.

Sulfonovanje

Nerastvorljivost u vod. rastvoru HCl:NH3

SO3

NH3

SO3

(nerastvorna u vodi)

+

-

+

-

jonizacija HCl u H2O:

HCl + H2O Cl + H3O+-

HCl

H2O

sulfanilna kiselina

Bez promene strukture!!!

–SO3– grupa je suviše slaba baza da bi mogla da primi proton od H3O+ jona

– struktura sulfanilne kiseline ostaje nepromenjena

9/6/2018

48

Hofmann–ova eliminacija

CH3CH2CH NH2

CH3CH3CH2CH N(CH3)3

CH3

CH3CH2CH N(CH3)3

CH3

CH CH2 CH CH

+ Ag2O/H2O-CH3I (višak) I

(iscrpno metilovanje)2-butanamin

sek-butiltrimetil-amonijum-jodid

+ -OH

sek-butiltrimetil-amonijum-hidroksid

(- AgI)

∆

CH3CH2

1-buten(95%)

CH3 CH3+

(5%)2-buten

+ N(CH3)3 + H2O

trimetilamin

(E2-eliminacija)


Kao glavni proizvod nastaje (termodinamički) manje stabilan alken – Hofmann–ova orijentacija!!!

C

H

C

N(CH3)3+

-HO

β α

:....

bimolekulska eliminacijaE2-mehanizam

odlazeća grupa je N(CH3)3

9/6/2018

49


CH

H

CH

CH3

N(CH3)3

ββββ

+

ββββ ααααCH3

sterne smetnje!!!

voluminozna

uklanjanje jednog odova tri 1o H-atoma je sterno lakše

Reakcije amina sa azotastom kiselinom Reakcije amina sa azotastom kiselinom

(HONO) vrše se nukleofilnim napadom amina na nitrozil-katjon (+N=O).

Nitrozil-katjon nastaje iz azotaste kiseline(nestabilna) koja se sintetiše direktno u reakcionoj smeši iz natrijum-nitrita i hlorovodonične kiseline u prisustvu vode

9/6/2018

50

Reakcije amina sa azotastom kiselinom

O N O O N OH O N OH

H

N O N O

:

+ -Na

..: ..+

:

..

+

nitrozil-katjon(nitrozonijum-katjon)

........

:

natrijum-nitrit

HCl

(- NaCl) ......

.......... ..+

azotasta kiselina

+ H+

- H+

+ H2O

(nestabilna)

Nitrozil-katjon nastaje direktno u rekcionoj smeši, iz nestabilne azotaste kiseline. Protonovanjem nitritnog-jona nastaje azotasta kiselina. Njenim protonovanjem nastaje oksonijum-jon koji se razlaže na molekul vode i na nitrozil-katjon.

Reakcije amina sa azotastom kiselinom Amin (nukleofil) napada nitrozil-katjon

(elektrofil) gradeći N-nitrozoamonijum-so:

N N O N N O..

: ....

: +++

..

..

amin(1o, 2o ili 3o)

nukleofil elektrofil

nitrozil-katjonN-nitrozo-amonijum-so

0-5 oC

(1o, 2o ili 3o)

Dalje reakcija ima specifičan tok u zavisnosti od strukture nastale N-nitrozoamonijum-soli (koliko je H-atoma vezano za N).

9/6/2018

51

Reakcije amina sa azotastom kiselinom 2° amini daju N-nitrozamine:

N O(CH3)2N

H

N NCH3

CH3

O

N O

(CH3)2NH + NaNO2 + HCl

(HONO)

H2O

0-5 oC

..+....

2o N-nitrozo-amonijum-so

Cl-

- HCl

dimetilamin

.. ....

N-nitrozodimetilamin

2o alifaticanamin

N-nitrozamin

......

nitrozo grupa

NH

CH3

N

CH3

N O..

....

2o aromaticanamin

N-nitrozamin

N-metilanilin N-metil-N-nitrozo-anilin

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O..

Reakcije amina sa azotastom kiselinom 3° alifatični amini u reakciji sa azotastom

kiselinom daju 3° N-nitrozoamonijum-soli koje se na povišenim temperaturama raspadaju:

N OR3NR3N 0-5 oC

..+....

3o N-nitrozo-amonijum-so

Cl-

3o alifatican amin

NaNO2, HCl, H2O ∆ smesa proizvoda

9/6/2018

52

Reakcije amina sa azotastom kiselinom Od reakcija 3° amina sa HONO od

značaja je jedino reakcija 3° aromatičnih amina, tačnije, N,N-dialkilbenzenamina.

Oni podležu supstituciji (EAS) u prstenu dajući jedinjenja koja imaju –N=O (nitrozo) grupu vezanu za C–atom u prstenu!


Nitrozil-katjon je relativno slab elektrofil – neophodna je snažna aktivacija aromatičnog prstena za EAS prisustvom supstituenta poput –N(CH3)2 grupe!!!

9/6/2018

53


Reakcije amina sa azotastom kiselinom 1° alifatični amini sa azotastom kiselinom daju

alkildiazonijum-soli koje su veoma nestabilne i odmah se raspadaju:

R N N

RNH20-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

(diazotovanje)

+ ..Cl

-N2 + R

smesa proizvoda

alkildiazonijum--hlorid

1o alifat.amin

+

karbokatjon2o ili 3o

pažnja: 1o R ne nastaje!!!+

9/6/2018

54

Diazonijumove soli. Dobijanje i reakcije 1° aromatični amini sa azotastom kiselinom

daju arendiazonijum-soli koje su stabilne na niskoj temperaturi i u jako kiseloj sredini:

Ar N N

ArNH2 0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

(diazotovanje)

+ ..Cl

-

arendiazonijum-hlorid1o aromat. amin

Mehanizam diazotovanja

N O R N

H

H

N OR NH2 R N

H

N O..

: ....

+++

..

..

nukleofil elektrofilnitrozil-katjon N-nitrozo-

amonijum-so

0-5 oC..

+ H+

- H+ ......

N-nitrozamin

..

DIAZOTOVANJE se vrši u jako kiseloj sredini!!!

R N

H

N O

R N N O H R N N OH

H

R N

H

N O H R N

H

N O H

R N N O H

R N N R N N

......

N-nitrozamin

..

- H+

+ H+ .. .... + ..+

..

.. ....

..

(diazohidroksid)diazokiselina

- H+

+ H+ .. .... + ..+:

+:

diazonijum-katjon+ H2O

- H2O

+ H+

- H+ .. ....

..

diazokiselina(diazohidroksid)

tautomerizacija u kiseloj sredini:

..

9/6/2018

55


Reakcija započinje nukleofilnim napadom molekula amina na nitrozil-katjon, pri čemu nastaje N-nitrozoamonijum-so. Njenim deprotonovanjem (na azotu) nastaje N-nitrozamin.

N-nitrozamin u kiseloj sredini tautomerizuje u diazokiselinu (diazohidroksid). Tautomerizacija uključuje protonovanje na kiseoniku, pri čemu nastaje katjon stabilizovan rezonancijom, nakon čega sledi deprotonovanje na azotu.

Diazokiselina protonovanjem na kiseoniku i izdvajanjem molekula vode daje diazonijum-katjon, koji je stabilizovan rezonancijom.


Reakcija diazotovanja se izvodi u jako kiselojsredini - potrebno je uzeti 2,5 do 3 molmonobazne mineralne kiseline na 1 molaromatičnog primarnog amina. 1. mol kiseline služi za građenje soli sa npr. anilinom, 2. mol služi za oslobađanje azotaste kiseline iz njene

soli, višak od 0,5 do 1 mol kiseline služi za održavanje

jako kisele sredine, obezbeđuje stabilizaciju diazonijumove soli i sprečava

sporedne reakcije.

9/6/2018

56


Ako se reakcija diazotovanja ne bi izvodila u jako kiseloj sredini u reakcionoj smeši bi se povećavao sadržaj

slobodnog anilina nastali diazonijum-katjon bi reagovao sa npr. slobodnim

anilinom i gradio diazoaminobenzen kao sporedni proizvod reakcije:

N

H

N N.. .. ..

N

H

N N

H

NH2

NN.. ....

++ ..+ -H+

+H+

diazoaminobenzen

• u jako kiseloj sredini se svodi na minimum

• dodatkom mineralne kiseline u višku,

diazoaminobenzen se razlaže na

diazonijum-katjon i anilinijumovu so


Na višim temperaturama od 0-5 °C diazonijumove soli se delimično razlažu npr. anilin daje fenol koji sa diazonijum-katjonom

gradi p-hidroksiazobenzen, još jedan sporedni proizvod reakcije:

OH NN N N OH.. ..

++ ..

:

p-hidroksiazobenzen

9/6/2018

57


N N

CH3CH N N

CH3

CH3

CH3CH NH2

CH3

izopropil-diazonijum-hlorid

+ N2

.. ..+ Cl

-

stabilan 2o karbokatjon

azot

(raskida se C-N veza)

(jako nestabilanalkildiazonijum-katjon)

+ ..Cl

-

CH3CH+

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

(diazotovanje)

1o amin

izopropilamin

2o alkil-grupa

Mehanizam diazotovanjaCH3

OH Cl CH3CH CH2

stabilan 2o karbokatjon

CH3CH+

CH3CHCH3 CH3CHCH3

H2O Cl-

- H+

(deprotonovanje)

alkohol

alken

hloralkan2-propanol 2-hlorpropan

propen

(napadnukleofila) (SN1) (E1)

9/6/2018

58


Kada je R grupa u strukturi alkildiazonijum-katjona (RN2

+): 2° ili 3° – pri raskidanju C–N veze nastaje

stabilan intermedijarni 2° ili 3° R+ (SN1 i E1)(moguća premeštanja),

1° – veza C–N se raskida uz istovremeno formiranje novih veza (SN2 i E2) (1° R+ ne nastaje)

Reakcije amina sa azotastom kiselinom Uzrok relativne stabilnosti arendiazonijum-soli u odnosu

na alkil- je: rezonanciona stabilizacija arendiazonijum-katjona, velik sadržaj energije aril-katjona koji nastaje gubitkom molekula

azota.

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

+

..

+

..

+

-:

+

..

+

-:

+

..

+

-:

(rezonanciona stabilizacija)benzendiazonijum-katjon

..+

:

9/6/2018

59


N

N

N2OH

benzen-diazonijum--katjon

+

+

fenil-katjon

(stabilizovan rezonancijom)

(nestabilanjako reaktivan)

∆

- N2

..

H2O

- H+

+∆

- N2

+

fenol

Na primer:

. .

. .

. . + prazna sp2 hibridna orbitala

ne može se preklapati sa π-vezamanemoguca delokalizacija "+" šarže

fenil-katjon

p orbitale

Reakcije arendiazonijum-soli

Osnovna šema sinteze je:

Ar N N Ar H Ar NO2 Ar NH2 0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

(diazotovanje)

+ ..[H]HNO3

H2SO4

(redukcija)(nitrovanje)

Cl-

arendiazonijum--hlorid

Međutim, s obzirom da se arendiazonijum-soli ipak raspadaju (sporo) i na niskim T, rastvor se koristi odmah nakon sinteze!

9/6/2018

60


Reakcije zameneZamena sa –Cl, –Br, i –CN

(Sandmeyer–ova reakcija)

Zamena sa –I

Zamena sa –F

Zamena sa –OH

Zamena sa –H

Zamena sa –NO2

Diazo-kuplovanje


HBF4-fluorborna k.

H3PO2-hipofosforasta k.

jedini način da se –I uvede u prsten!!!

redukcija; deaminacija

Ar NH2

Ar N2

Ar OH

Ar Cl

Ar Br

Ar CN

Ar I

Ar F

Ar H

Ar NO2

HONO

0-5oC

+

Cu2O, Cu2+, H2O

CuCl

CuBr

CuCN

KI

HBF4

∆

H3PO2, H2O

(1)

(2)

NaNO2,NaHCO3, Cu2O

∆

∆

∆

∆

ili HBF4 pa NaNO2, Cu

9/6/2018

61

Primer

CH3

NH2

CH3

N2 Cl

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

-+

o-toluidin o-toluen-diazonijum-hlorid

1

CH3

Cl

CH3

Br

CH3

CN

CuCl

CuBr

CuCN

o-hlortoluen

o-bromtoluen

o-tolunitril

2

∆

∆

∆

Primer

CH3

I

CH3

N2 BF4

CH3

F

KI

HBF4

o-jodtoluen

o-toluendiazonijum--fluorborat

+ -

∆

o-fluortoluen

2

∆

9/6/2018

62

PrimerCH3

OH

CH3

H

CH3

NO2

2

o-krezol

o-nitrotoluen

toluen

H2O

∆

H3PO2

NaHCO3,Cu2O

NaNO2

H2O

ZADATAK

Polazeći od navedenih jedinjenja i ostalih reaktiva prikažite sinteze sledećih jedinjenja koristeći obavezno i reakciju diazotovanja:m-nitrofenola iz benzena

3,5-dibromtoluena iz toluena

1-brom-3-hlorbenzena iz benzena

1,3,5-tribrombenzena iz anilina

p-hlorjodbenzena iz benzena

9/6/2018

63

m-nitrofenol iz benzena

NO2NO2

NO2

NO2

NH2

NO2

N2 Cl

NO2

OH

HNO3

H2SO4

HNO3

H2SO4

(NH4)2S

0-5 oCNaNO2, HCl, H2O

+ -

H2O

∆

3,5-dibromtoluen iz toluena

CH3 CH3

NO2

CH3

NO2

CH3

NH2

CH3

NH2

Br Br

CH3

N2 Cl

Br Br

CH3

Br Br

HNO3

H2SO4

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

+

1. Fe/HCl

Br2/H2O

+ -

H3PO2

2. NaOH

9/6/2018

64

1-brom-3-hlorbenzen iz benzenaNO2

NO2

NO2

NH2

NO2

N2 Cl

NO2

Br

NO2

Br

NH2

Br

N2 Cl

Br

Cl

HNO3

H2SO4

HNO3

H2SO4

(NH4)2S


+ -

CuBr1. Fe/HCl


+ -

CuCl

∆

∆2. NaOH

1,3,5-tribrombenzen iz anilina

NH2 NH2

Br

BrBr

Br

N2 Cl

BrBr

Br Br

Br

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

+ -

H3PO2

Br2/H2O

9/6/2018

65

p-hlorjodbenzen iz benzenaNO2

NH2 NHCOCH3

NHCOCH3

NO2

NHCOCH3

NO2

NH2

NO2

N2 Cl

NO2

HNO3

H2SO4

HNO3

H2SO4

CH3COOH1. Fe/HCl

∆

+

OH /H2O

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

-+

-

∆

2. NaOH

p-hlorjodbenzen iz benzena

N2 Cl

NO2

Cl

NO2

Cl

NH2 N2 Cl

Cl Cl

I

KI

CuCl

-+

1. Fe/HCl

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

-+

∆

∆2. NaOH

9/6/2018

66

Diazo-kuplovanje

Arendiazonijum-katjon, ArN2+, je

elektrofilna čestica – slab elektrofil! Može da napadne jako aktiviran

aromatičan prsten fenola ili benzenamina (anilina) i stupi u elektrofilnu aromatičnu supstituciju (EAS)!

Kao proizvod nastaju azo-jedinjenja, azo-boje.

Diazo-kuplovanje

Ar N N

OH

NR2

NHR

NH2

G

+ ArN2+

G

azo-boja

(EAS)

fenolili

benzenamin

elektrofil

nukleofil (slab)

EAS uglavnom ide u p-položaju (sterni faktor)

ako je p-položaj "zauzet" EAS ide u o-položaj

G =

azo grupa

9/6/2018

67

NCH3

CH3N N NN

NCH3

CH3 H

N N

N NNCH3

CH3

NH2 N2

.. ..:+

:+

Cl-

nukleofilN,N-dimetilanilin

elektrofil (slab)

+

intermedijarni katjon(σ-kompleks)

brzo - H+

.. ..

......

(p-dimetilaminoazobenzen)

sporo

4-(N,N-dimetilamino)-azobenzen

azo-boja

+

benzendiazonijum-katjon

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O + -

anilin

Cl

Diazo-kuplovanje

N N OH

NH2 N2

OH

....

+ -Cl

anilin

p-hidroksiazobenzen

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

nukleofil

elektrofil (slab)

fenol

9/6/2018

68

Diazo-kuplovanje

Diazo-kuplovanje se odvija pri određenoj vrednosti pH reakcione sredine: sa benzenaminima u slabo kiseloj sredini, sa fenolima u slabo baznoj sredini.

Određeno pH se postiže dodavanjem određene količine baze (NaOH) ili pufera (CH3COO– Na+ ili Na2CO3).

Diazo-kuplovanje

Kakva sredina odgovara elektrofilnom diazonijum-katjonu (ArN2

+)? U prisustvu OH– jona ArN2

+ je u ravnoteži sa nejonizovanim jedinjenjem diazokiselinom (Ar–N=N–OH) i sa njenom soli diazotatom (Ar–N=N–O–).

Ar N N

Ar N N O H Ar N N O+

+ .. -OH

H

.. ....

..


diazonijum-jon+

-OH

H

.. ....

diazotat(so diazokiseline)

:-

kuplujene kupluje ne kupluje

Jako kisela sredina pogoduje ArN2

+

9/6/2018

69

Diazo-kuplovanje

OH– jon prevodi ArN2+, koji može da kupluje u

jedinjenje koje ne kupluje. Kako je ArN2

+ elektrofilan, diazo-kuplovanju će pogodovati mala koncentracija OH– jona, a to je u vrlo kiseloj sredini!

Ar N N

Ar N N

R N N O H+ ..

diazonijum--hlorid

-Cl

+ .. -OH

diazonijum--hidroksid

+

OH

H

- .. ....

..


ne kuplujekupluje kuplujeslabo bazna sredina

+

OH

H

-

Diazo-kuplovanje

NH2 NH3

NH3

H

.. +

+

OH-

kupluje ne kupluje

+

Dezaktivira aromatican prsten za EAS!!!

nejonizovanibenzenamin

jonizovani benzenamin

9/6/2018

70

Diazo-kuplovanje

Kiselina prevodi benzenamin u oblik amonijum-jona (nastao protonovanjem amina) koji je zbog "+" šarže na azotu nereaktivan prema elektrofilnoj aromatičnoj supstituciji (EAS): premalo je reaktivan da bi mogao biti napadnut slabom elektrofilnom česticom diazonijum-jonom (ArN2

+)!!! Što je kiselost reakcione sredine veća, to je veća

količina jonizovanog amina i manja brzina diazo-kuplovanja!

Benzenamin (anilin) kupluje brže u slabo kiseloj sredini!

Diazo-kuplovanje

O OH

O

OH

H

.. -

+

OH-

kuplujeBRZO

kuplujeSPORO

: :

.. -:..

Jace aktivira aromatican prsten

od grupe....

jonizovanifenol

nejonizovani fenol

9/6/2018

71

Diazo-kuplovanje

Fenoli su pretežno kiseli pa u vodenim rastvorima postoji ravnoteža između fenola i fenoksidnog jona: "–" šarža na kiseoniku u fenoksid jonu (ArO–) deluje

tako da on mnogo jače otpušta elektrone nego –OH grupa – fenoksid jon je mnogo reaktivniji u EAS od nejonizovanog fenola!!!

Što je kiselost reakcione sredine veća, to je veća koncentracija nejonizovanog fenola i manja je brzina diazo-kuplovanja!

Diazo-kuplovanje

U slabo baznoj sredini: imamo fenoksidni jon (ArO–),

ne stvara se diazotat (Ar–N=N–O–) (ArN2+

egzistira u reakcionoj smeši).

9/6/2018

72

Diazo-kuplovanje

KOMPROMIS pri diazo-kuplovanju Sredina ne sme biti:

previše bazna da koncentracija diazonijum-jona (ArN2

+) ne bude premala (tj. da on ne reaguje sa OH– dajući Ar–N=N–O–)

toliko kisela da koncentracija slobodnog fenoksid jona (ArO–) ili amina (ArNH2) bude preniska.

Diazo-kuplovanje

Znači da se benzenamini (anilini) najbolje kupluju u slabo kiseloj sredini, a fenoli u slabo baznoj sredini!!!

Diazo-kuplovanje mora da se vrši veoma brzo – stajanjem ArN2

+ se razgrađuje (sporedni proizvodi) što loše utiče na kvalitet azo-boje!

9/6/2018

73

ZADATAK

Polazeći od navedenih jedinjenja i ostalih reaktiva prikažite sinteze sledećih jedinjenja:metil-oranža iz sulfanilne kiseline i N,N-

dimetilanilina

4-hidroksi-3,4’-dimetilazobenzena iz toluena

paracrvenog iz benzena i naftalena

Metil-oranž iz sulfanilne kiseline i N,N-dimetilanilina

Na O3S N N N(CH3)2

N(CH3)2Na O3S N2 Cl

slabo kisela sredina

+

-

+

+

(diazo--kuplovanje)

-+ -

O3S NH3Na O3S NH2

Na O3S N2 Cl


+

+- + -NaOH/H2O

-

(rastvorno u vodi)(nerastvorno u vodi)

+ -

9/6/2018

74

METIL-ORANŽ (indikator)Na O3S N N N(CH3)2

O3S N N N(CH3)2

H

O3S N N N(CH3)2

H

-+

NaOH HCl

-+Na+

- +

baznija sredina od pH > 4,4

kiselija sredina od pH < 3,1crveni dipolarni jon

žuti negativan jon

..

.. ....

....

..

4-Hidroksi-3,4’-dimetilazobenzen iz toluena

CH3 N N

CH3

OH

N2CH3OH

CH3

slabo bazna sredina

+ -Cl +

(diazo--kuplovanje)

CH3

CH3

NO2

CH3

NO2

CH3

NH2

CH3

NH2

HNO3

H2SO4

+1. Fe/HCl 1. Fe/HCl

2. NaOH2. NaOH

9/6/2018

75

4-Hidroksi-3,4’-dimetilazobenzen iz toluena

CH3

NH2

CH3

N2 Cl

CH3

OH

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

-+

H2O

∆

CH3

NH2

CH3

N2 Cl


-+

Paracrveno iz benzena i naftalena

N2O2N

OH

N NO2N

OH

+ -Cl +

1

OH se nalazi u položaju 2 (diriguje EAS u položaj 1)

22-naftol

slabo bazna sredina

(diazo--kuplovanje)

1

NO2NH2 NHCOCH3

NHCOCH3

NO2

NHCOCH3

NO2

HNO3

HNO3H2SO4

CH3COOH1. Fe/HCl

∆

+

2. NaOH

9/6/2018

76

Paracrveno iz benzena i naftalena

SO3H

OH

konc. H2SO4

160 oC

1) NaOH(s); 350 oC

2) H , H2O+

NHCOCH3

NO2

NH2

NO2

N2 Cl

NO2

OH /H2O

0-5 oC

NaNO2, HCl, H2O

-+

-

∆

amini - elektron.tmf.bg.ac.rselektron.tmf.bg.ac.rs/organskahemija/p2-amini.pdf · zna čaj amina...

Documents